CN107675040B - 一种中强度高导热铝合金的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中强度高导热铝合金的制备方法，各组分及其重量百分比为：Mg含量为0.45～0.75％，Zn含量为0.7～1.2％，Er含量为0.15～0.35％，B含量0.01～0.06％，杂质元素Si含量≤0.1％，Fe含量≤0.15％，其它杂质元素总的含量≤0.15％，Al为平衡元素。所述铝合金的制备方法简单易行，且生产成本较低。所述铝合金具有良好的力学性能及优秀的导热性能。
Description
技术领域
本发明属于有色金属技术领域，特别涉及一种中强度高导热铝合金的制备方法。
背景技术
铝合金凭借良好的导热性能、成形性能与相对低廉的价格而成为主要导热材料。现有的传热材料大多采用铝合金挤制而成，主要用作大型公用设施、汽车、高铁、飞机等交通用空调器、散热器，以及电子电气、计算机、精密机械等微小型精密散热器。随着各种散热器功能升级，对散热器的热传导能力的要求也越来越高。针对6000系铝合金而言，需要进一步降低铝合金的成分，以提高合金散热性，但会降低合金强度。因此，单纯使用6063合金的散热片己不能满足散热需求，需要研发出一种新型高导热铝合金来替代目前所使用的6063铝合金。
低Mg含量的Al-Mg合金导热性较好，常用于汽车、飞机等散热器。该合金属于不可热处理强化合金，其强度主要取决于Mg含量和形变强化程度。提高合金Mg含量，可提高合金的强度，但降低合金导热性能，而变形强化对导热性影响较小。另一方面，添加微量强化元素是一种有效稳定合金性能的方法。例如，添加微量的Sc可提高Al-Mg合金的力学性能和再结晶温度，但Sc价格过于昂贵。稀土元素Er与Sc类似，能与铝形成与基体共格Al3Er弥散相，提高合金强度。因此，本发明通过低Mg含量的Al-Mg复合微合金化与形变强化提高合金强度与导热性能。
发明内容
本发明提供一种中强度高导热铝合金的制备方法，所述铝合金具有中强度，高导热，高韧性等良好性能，且制备成本较低。
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
一种中强度高导热铝合金，各组分及其重量百分比为：Mg含量为0.45～0.75％，Zn含量为0.7～1.2％，Er含量为0.15～0.35％，B含量0.01～0.06％，杂质元素Si含量≤0.1％，Fe含量≤0.15％，其它杂质元素总的含量≤0.15％，Al为平衡元素。
进一步地，Zn与Mg的重量百分比为1∶1～3∶1。
一种中强度高导热铝合金的制备方法，所述制备方法主要包括以下步骤：
(1)按上述所述的合金成分进行原料配比，先将高纯铝铝锭熔化，随后加入Al-Er、Al-B中间合金，待中间合金熔化后加入纯锌、纯镁及覆盖剂，熔化温度为760～780℃温度；
(2)对完全熔化的金属熔液进行精炼，精炼过程为加入六氯乙烷进行除气，并充分搅拌，精炼时金属熔液温度维持在730℃～750℃的范围内；精炼处理完后金属熔液充分静置，静置时间不低于25分钟；
(3)金属熔液充分静置后，当金属熔液温度降至700℃～720℃，采用泡沫陶瓷过滤板对金属熔液进行过滤，将过滤后的金属熔液浇入经预热处理后的金属模具内，即可获得合金铸锭，其中金属模具经过预热处理后温度为420℃～460℃；
(4)对步骤(3)获得的合金铸锭进行三级均匀化处理，第一级均匀化处理的均匀化温度为320～380℃，均匀化时间为3～15h；第二阶段均匀化处理的均匀化温度为400～450℃，均匀化时间为15～35h；第三阶段均匀化处理的均匀化温度为450～480℃，均匀化时间为15～35h；
(5)对步骤(4)获得的合金铸锭进行挤压变形处理，挤压温度为470℃～500℃，变形系数为15～20，对完成挤压变形的合金铸锭采用强制空冷冷却方法；
(6)对完成步骤(5)的合金进行时效处理，时效温度为100～140℃，时效时间为10～30h；
(7)对完成步骤(6)的合金进行拉伸变形处理，变形量为30％～50％，最终获得所述铝合金。
本发明的有益效果为：所述铝合金中合理添加适量Zn元素，可在人工时效析出T相，提高合金的强度；所述铝合金中添加微量B元素，B元素可消除或者减弱V、Zr、Ti等微量元素对所述铝合金导热性能的有害影响，进一步提高导热性能；所述铝合金采用Er元素细化晶粒，纯净合金熔体质量，抑制高温挤压再结晶，提高所述铝合金强度韧性；所述铝合金采用三级均匀化热处理工艺，使Al3Er相在组织中均匀弥散析出，在不降低合金导热性的基础上，进一步提高合金强度与断裂韧性；采用形变强化工艺，进一步提高合金强度，而不明显降低合金导热性；利用Er替代Sc元素，可以进一步提高所述铝合金的强度和韧性等性能，同时降低了所述铝合金制备成本。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明技术方案作进一步详述：
实施例1
表1为所述铝合金组分及重量百分比。
表1
| 铸锭号 | Mg | Zn | Er | B | Fe | Si | Al |
| 18# | 0.50 | 0.90 | 0.25 | 0.03 | <0.15 | <0.10 | 余量 |
| 19# | 0.55 | 1.0 | 0.225 | 0.05 | <0.15 | <0.10 | 余量 |
| 21# | 0.63 | 0.82 | 0.30 | 0.06 | <0.15 | <0.10 | 余量 |
所述铝合金的制备方法为：
(1)按表1所述的合金成分进行原料配比，先将高纯铝铝锭熔化，随后加入Al-Er、Al-B中间合金，待中间合金熔化后加入纯锌、纯镁及覆盖剂，熔化温度为765℃；
(2)对完全熔化的金属熔液进行精炼，精炼过程为加入六氯乙烷进行除气，并充分搅拌，精炼时金属熔液温度维持在740℃的范围内；精炼处理完后金属熔液充分静置，静置时间不低于25分钟；
(3)金属熔液充分静置后，当金属熔液温度降至710℃，采用泡沫陶瓷过滤板对金属熔液进行过滤，将过滤后的金属熔液浇入经预热处理后的金属模具内，即可获得合金铸锭，其中金属模具经过预热处理后温度为420℃；
(4)对步骤(3)获得的合金铸锭进行三级均匀化处理，第一级均匀化处理的均匀化温度为360℃，均匀化时间为12h；第二阶段均匀化处理的均匀化温度为420℃，均匀化时间为24h；第三阶段均匀化处理的均匀化温度为465℃，均匀化时间为24h；
(5)对步骤(4)获得的合金铸锭进行挤压变形处理，挤压温度为480℃，变形系数为16，对完成挤压变形的合金铸锭采用强制空冷冷却方法；
(6)对完成步骤(5)的合金进行时效处理，时效温度为130℃，时效时间为24h；
(7)对完成步骤(6)的合金进行拉伸变形处理，变形量为40％，最终获得所述铝合金。
表2为通过上述步骤制备的所述铝合金的性能列表。
表2
| 铸锭号 | 抗拉强度/MPa | 延伸率/％ | 导热率/W·(mK)<sup>-1</sup> |
| 18# | 285 | 12.4 | 210 |
| 19# | 304 | 11.4 | 205 |
| 21# | 293 | 11.2 | 208 |
从表2数可以看出：本发明所述的高热导铝合金在所述的制备工艺下可稳定的制备出时效抗拉强度超过280MPa，延伸率超过11％，导热率超过202W·(mK)-1，综合性能超过传统6063铝合金(抗拉强度240MPa，导热率202W·(mK)-1)，且成本相对较低的高导热铝合金，因而在大型公用设施，汽车、高铁、飞机等交通用散热器，以及电子电气、计算机、精密机械等微小型精密散热器等领域存在很大的应用潜力。
实施例2
表3为所述铝合金组分及重量百分比。
表3
所述铝合金的制备方法为：
(1)按表3中所述合金成分进行原料配比，先将高纯铝铝锭熔化，随后加入Al-Er、Al-B中间合金，待中间合金熔化后加入纯锌、纯镁及覆盖剂，熔化温度为770℃；
(2)对完全熔化的金属熔液进行精炼，精炼过程为加入六氯乙烷进行除气，并充分搅拌，精炼时金属熔液温度维持在730℃的范围内；精炼处理完后金属熔液充分静置，静置时间不低于25分钟；
(3)金属熔液充分静置后，当金属熔液温度降至720℃，采用泡沫陶瓷过滤板对金属熔液进行过滤，将过滤后的金属熔液浇入经预热处理后的金属模具内，即可获得合金铸锭，其中金属模具经过预热处理后温度为460℃；
(4)对步骤(3)获得的合金铸锭进行三级均匀化处理，第一级均匀化处理的均匀化温度为330℃，均匀化时间为15h；第二阶段均匀化处理的均匀化温度为440℃，均匀化时间为24h；第三阶段均匀化处理的均匀化温度为475℃，均匀化时间为24h；
(5)对步骤(4)获得的合金铸锭进行挤压变形处理，挤压温度为490℃，变形系数为18，对完成挤压变形的合金铸锭采用强制空冷冷却方法；
(6)对完成步骤(5)的合金进行时效处理，时效温度为120℃，时效时间为24h；
(7)对完成步骤(6)的合金进行拉伸变形处理，变形量为50％，最终获得所述铝合金。
表4为通过上述步骤制备的所述铝合金的性能列表。
表4
| 铸锭号 | 抗拉强度/MPa | 延伸率/％ | 导热率/W(mK)<sup>-1</sup> |
| 22# | 306 | 11.6 | 208 |
| 23# | 287 | 12.0 | 210 |
| 24# | 297 | 12.4 | 206 |
从表4中的数据可以看出：本发明所述的高热导铝合金在所述的制备工艺下可稳定的制备出时效抗拉强度超过280MPa，延伸率超过11％，导热率超过202W·(mK)-1，综合性能超过传统6063铝合金(抗拉强度240MPa，导热率202W·(mK)-1)，且成本相对较低的高导热铝合金，因而在大型公用设施，汽车、高铁、飞机等交通用散热器，以及电子电气、计算机、精密机械等微小型精密散热器等领域存在很大的应用潜力。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (1)
1.一种中强度高导热铝合金及其制备方法，其特征在于，
所述中强度高导热铝合金中组分及其重量百分比为：Mg含量为0.45～0.75％，Zn含量为0.7～1.2％，Er含量为0.15～0.35％，B含量0.01～0.06％，杂质元素Si含量≤0.1％，Fe含量≤0.15％，其它杂质元素总的含量≤0.15％，Al为平衡元素；Zn与Mg的重量百分比为1∶1～3∶1；
所述中强度高导热铝合金 的制备方法包括下述步骤：
(1)按上述所述进行原料配比，先将高纯铝铝锭熔化，随后加入Al-Er、Al-B中间合金，待中间合金熔化后加入纯锌、纯镁及覆盖剂，熔化温度为760～780℃温度；
(2)对完全熔化的金属熔液进行精炼，精炼过程为加入六氯乙烷进行除气，并充分搅拌，精炼时金属熔液温度维持在730℃～750℃的范围内；精炼处理完后金属熔液充分静置，静置时间不低于25分钟；
(3)金属熔液充分静置后，当金属熔液温度降至700℃～720℃，采用泡沫陶瓷过滤板对金属熔液进行过滤，将过滤后的金属熔液浇入经预热处理后的金属模具内，即可获得合金铸锭，其中金属模具经过预热处理后温度为420℃～460℃；
(4)对步骤(3)获得的合金铸锭进行三级均匀化处理，第一级均匀化处理的均匀化温度为320～380℃，均匀化时间为3～15h；第二阶段均匀化处理的均匀化温度为400～450℃，均匀化时间为15～35h；第三阶段均匀化处理的均匀化温度为450～480℃，均匀化时间为15～35h；
(5)对步骤(4)获得的合金铸锭进行挤压变形处理，挤压温度为470℃～500℃，变形系数为15～20，对完成挤压变形的合金铸锭采用强制空冷冷却方法；
(6)对完成步骤(5)的合金进行时效处理，时效温度为100～140℃，时效时间为10～30h；
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